DE1496627C - Process for making reinforced glass articles - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung verstärkter Glasgegenstände, bei dem das Glas mit einem Salz eines Alkalimetalls, dessen Atomdurchmesser größer ist als derjenige des im Glas enthaltenen Alkalis, unterhalb der Entspannungstemperatur des Glases in Berührung gebracht wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein aus Natriumoxid, Lithiumoxid, Tonerde, Kieselerde und 2 bis 15 Gewichtsprozent Zinkoxid bestehendes Glas und ein Salz eines Alkalimetalls, dessen Atomdurchmesser größer als der des Lithiums ist, verwendet. The invention relates to a method of manufacture Reinforced glass articles in which the glass is coated with a salt of an alkali metal whose Atomic diameter is larger than that of the alkali contained in the glass, below the relaxation temperature of the glass is brought into contact, which is characterized in that one consisting of sodium oxide, lithium oxide, alumina, silica and 2 to 15 weight percent zinc oxide Glass and a salt of an alkali metal whose atomic diameter is larger than that of lithium is used.
Die erfindungsgemäß behandelten Gläser besitzen eine wesentlich erhöhte Oberflächendruckspannung.The glasses treated according to the invention have a significantly increased surface compressive stress.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß dünne Glasgegenstände, die beispielsweise eine Stärke von 0,15 bis 0,23 cm aufweisen oder noch dünner sein können, mit einer Oberflächendruckspannung hergestellt werden können, die größer ist als die, die gegenwärtig durch physikalische Temperverfahren, z. B. Wärmetemperverfahren, bei stärkeren Glasgegenständen erzielt werden kann, wobei die erfindungsgemäßen Glasgegenstände auch die gewünschten feinkörnigen Bruchcharakteristika aufweisen, die für den Bruch von thermisch getempertem Glas kennzeichnend sind. Natürlich können auch stärkere, aus Lithiumoxid, Natriumoxid, Tonerde und Kieselsäure bestehende Gläser, die die erforderliche Menge Zinkoxid enthalten, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, wobei diese stärkeren Glasgegenstände, deren Stärke zwischen etwa 0,23 und etwa 2,5 cm liegt, dann ebenfalls eine stark erhöhte Oberflächendruckspannung aufweisen.A particular advantage of the method according to the invention is that thin glass objects, which, for example, have a thickness of 0.15 to 0.23 cm or can be even thinner, can be produced with a surface compressive stress greater than that at present by physical annealing processes, e.g. B. Heat annealing process for thicker glass objects can be achieved, the glass articles according to the invention also having the desired fine-grained Have fracture characteristics indicative of the fracture of thermally tempered glass are. Of course, stronger ones consisting of lithium oxide, sodium oxide, alumina and silica can also be used Glasses which contain the required amount of zinc oxide by the method according to the invention be used, these stronger glass objects, their thickness between about 0.23 and about 2.5 cm, then also have a greatly increased surface compressive stress.
Es ist bekannt, daß Natriumoxid-Kalk-Glas zur Verbesserung der Glasfestigkeit und zur Verleihung einer erhöhten Oberflächenspannung beispielsweise so behandelt werden kann, daß man das Glas in geschmolzenes Kaliumnitrat eintaucht, wobei ein Austausch zwischen dem größeren Atom, z. B. dem Kalium des Behandlungssalzes, und dem im Glas enthaltenen Natrium stattfindet. Normalerweise ist jedoch der Bereich erhöhter Spannung im Glas ziemlich flach und übersteigt selten 10 bis 20 Mikron, selbst bei sehr langem Eintauchen von 8 Stunden oder mehr. Glas, bei dem nur ein so flacher Oberflächenbereich unter Spannung steht, unterliegt einer beträchtlichen Festigkeitsabnahme bei einem durch gewöhnliche Handhabung hervorgerufenen Verschleiß und einer Abnutzung, wie Schrammen, die möglicherweise die Tiefe dieser Oberflächenbereiche im wesentlichen erreichen und dann die Festigkeit des Glases wesentlich beeinträchtigen können.It is known that sodium oxide-lime glass is used to improve the strength of the glass and to give it an increased surface tension can be treated, for example, that the glass in molten potassium nitrate is immersed, with an exchange between the larger atom, e.g. B. the Potassium of the treatment salt, and the sodium contained in the glass takes place. Usually is however, the area of increased stress in the glass is fairly flat and rarely exceeds 10 to 20 microns, even with very long immersion of 8 hours or more. Glass that only has such a flat surface area is under tension, is subject to a considerable decrease in strength with a through ordinary handling caused wear and tear, such as scratches, the possibly reach substantially the depth of these surface areas and then the strength can significantly affect the glass.
Im Gegensatz dazu können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren oberflächliche Spannungszonen, die 10 bis 20 Mikron überschreiten und zwischen 30 und 200 Mikron und mehr liegen, leicht und ohne Schwierigkeiten mit einer angemessenen kurzen Behandlung erreicht werden.In contrast to this, superficial tension zones, that exceed 10 to 20 microns and are between 30 and 200 microns and more, easily and without Difficulties can be achieved with a reasonably short treatment.
Durch diese sich in die Tiefe erstreckende verstärkte Oberflächendruckspannung hält das Glas fcstigkeitsvermindernde Einwirkungen durch oberflächliche Schrammen und sonstige Abnutzung, wie sie z. B. bei einer tagtäglichen Handhabung hervorgerufen wird, aus, Die erfindungsgemäß hergestellten verstärkten Glasgegenstände erweisen sich bei einer Schlagbeanspruchung als fester und ergaben weniger Ausfall als nicht behandeltes Glas. Dieser tieferreichende Verstärkungsbereich ist ein besonderer Vorteil der Erfindung gegenüber den bisher durch Austausch verstärkten Glasgegenständen, bei denen die Tiefe der verstärkten Oberflächenzone 10 bis 20 Mikron nicht übersteigt.The glass is held in place by this increased surface compressive stress extending into the depths Deteriorating effects from superficial scratches and other wear and tear, such as she z. B. is caused in daily handling, from, The inventively produced Reinforced glass articles are found to be stronger and less effective when subjected to impact Failure as untreated glass. This deeper reinforcement area is a special one Advantage of the invention over the previously reinforced glass objects in which the depth of the reinforced surface zone does not exceed 10 to 20 microns.
Ein weiteres hervorstechendes Kennzeichen der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die größere Tiefenwirkung durch eine angemessen schnelle Ein-Stufen-Behandlung des als Ausgangsmaterial verwendeten Glases (Grundglas) erreicht werden kann. Erfindungsgemäß werden bei einer Behandlungsdauer von etwa 10 bis 30 Minuten oder selbst weniger außergewöhnlich gute Ergebnisse erzielt.Another salient feature of the present invention is that the larger In-depth effect through a reasonably quick one-step treatment of the raw material used Glass (base glass) can be achieved. According to the invention, with a treatment time of about 10 to 30 minutes or even less achieved exceptionally good results.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die chemische Beständigkeit und die Festigkeit gegenüber Feuchtigkeit des auf diese Weise erhaltenen Glases durch die Behandlung nicht schädlich beeinflußt werden; bezüglich dieser Eigenschaften weichen die erfindungsgemäß verstärkten Glasgegenstände nicht wesentlich von gewöhnlichem Natriumoxid-Kalk-Glas ab. Dies ist besonders dann der Fall, wenn bei der Verstärkungsbehandlung als Alkalimetall mit dem größeren Atomdurchmesser Natrium verwendet , wird.Another advantage is that the chemical resistance and strength compared to Moisture of the glass obtained in this way is not adversely affected by the treatment will; With regard to these properties, the glass objects reinforced according to the invention do not give way differs significantly from ordinary sodium oxide-lime glass. This is especially the case when the reinforcement treatment is used as an alkali metal with the larger atomic diameter sodium, will.
Die größere Eindringtiefe der ausgetauschten Ionen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei welchem dem zu verstärkenden Glas eine bestimmte Menge ZnO zuzusetzen ist, erzielt wird, ist damit zuThe greater depth of penetration of the exchanged ions, which is achieved by the method according to the invention to which a certain amount of ZnO is to be added to the glass to be reinforced is thus to be achieved
• erklären, daß Zn ein höheres Atomgewicht aufweist als die Metallionen anderer, üblicherweise in einem Glas vorliegender Bestandteile und folglich eine bestimmte Gewichtsmenge ZnO weniger Metallionen enthält als die gleiche Gewichtsmenge eines Oxids eines Metalls mit einem niedrigeren Atomgewicht.• explain that Zn has a higher atomic weight than the metal ions of others, usually in one Glass present constituents and consequently a certain amount by weight of ZnO fewer metal ions contains than the same weight amount of an oxide of a metal having a lower atomic weight.
Dadurch bietet ZnO den auszutauschenden Ionen weniger Hindernisse, als dies ein Bestandteil, dessen Metallionen ein niedrigeres Atomgewicht aufweist, tun würde.As a result, ZnO offers fewer obstacles to the ions to be exchanged than this one component of it Metal ions having a lower atomic weight would do.
Die erfindungsgemäßen Glasgegenstände weisen charakteristische Spannungsprofile auf, die zwischen (1) parabolförmigen Spannungsprofilen, wobei sich die beiden Hauptoberflächen des Glases in einem Zustand hoher Spannung befinden, während das Zentrum des Glases sich in einem Zustand hoher Innenspannung befindet, und (2) Spannungsprofilen liegen, die Ähnlichkeit mit dem Querschnitt eines Kegelstumpfes mit oben abgerundeten Ecken haben, wobei beide Hauptoberflächen des Glases sich in einem Zustand hoher Spannung und das Zentrum des Glases sich in einem Zustand geringerer Innenspannung befinden, nämlich Innenspannungen, die sich denen von herkömmlich getemperten Glasscheiben nähern oder selbst geringer als diese sind. Erfindungsgemäß können auch verstärkte Glasgegenstände hergestellt werden, deren Druckprofile zwischen (1) und (2) liegen. Es können also sehr verstärkte Glasgegenstände hergestellt werden mit einer hohen Oberflächendruckfestigkeit und »nach Maß angefertigten« Innenspannungen, die zwischen außerordentlich hoch und sehr gering liegen.The glass objects according to the invention have characteristic stress profiles that are between (1) Parabolic stress profiles, where the two main surfaces of the glass become one Are in a high voltage state, while the center of the glass is in a high state Internal stress, and (2) stress profiles that resemble the cross-section of a Truncated cones with rounded corners, with both main surfaces of the glass in a high stress state and the center of the glass is in a lower internal stress state are located, namely internal stresses that are similar to those of conventionally tempered glass panes approach or even are less than these. According to the invention, reinforced glass objects can also be used are produced whose pressure profiles are between (1) and (2). So it can be very amplified Glass objects are made with a high surface compressive strength and »made to measure manufactured «internal stresses, which are between extremely high and very low.
Glasgegenstände mit parabolischen Spannungsprofilen können hergestellt werden, indem man z. B. relativ dünne bis sehr dünne, die erfindungsgemäßen Bestandteile enthaltende Glasgegenstähdc einer Ver-Stärkungsbehandlung unterwirft, wobei die maximale Oberflächendruckspannung bei derartig behandelten Glasgegenständen bis zu 7(XM) kg/cnr oder selbst mehr betragen kann (/. B. bei dünnen bisGlass articles with parabolic stress profiles can be produced by e.g. B. relatively thin to very thin glass objects containing the components according to the invention for a strengthening treatment subject, the maximum compressive surface stress at such treated Glass objects up to 7 (XM) kg / cnr or can even be more (/. B. with thin to
sehr dünnen Glasscheiben, deren Stärke zwischen 0,23 und 0,15 cm liegt, und einem Austausch mit einem Alkalimetall, dessen Atom einen größeren Durchmesser aufweist, in die oberflächliche Druckspannungszone bis zu einer Tiefe von 150 bis 400 Mikron oder mehr in jeder der Hauptoberflächen). very thin panes of glass, the thickness of which is between 0.23 and 0.15 cm, and an exchange with an alkali metal, the atom of which has a larger diameter, into the superficial compressive stress zone to a depth of 150 to 400 microns or more in each of the major surfaces).
Diese Glasgegenstände weisen unter anderem den Vorteil einer extrem hohen Oberflächendruckspannung auf, wobei diese wesentlich über der liegt, die bei beträchtlich stärkeren Glasgegenständen mit physikalischen Temperverfahren zu erzielen ist, und den Vorteil, daß sie wie das thermisch getemperte Glas einen feinkörnigen oder noch feinkörnigeren Bruch aufweisen. Diese verstärkten Gegenstände können sehr dünn hergestellt werden, z.B. 0,15cm oder sogar dünner, sie eignen sich außerordentlich gut als aus einem Stück bestehende Seitenleuchten.und Rückleuchten für Automobile und andere Fahrzeuge und als durchsichtige Abschlüsse von Abteilen, ebenso als Glastüren und Regenschutzdächer. Diese festen, dünnen Gegenstände können erfindungsgemäß nach Wunsch so hergestellt werden, daß sie hohe, mittlere oder niedrige Zentrumsspannungen aufweisen.These glass objects have, inter alia, the advantage of an extremely high surface compressive stress on, which is significantly higher than that which is found in considerably thicker glass objects with physical Tempering process can be achieved, and the advantage that they are like the thermally tempered glass have a fine-grained or even finer-grained break. These reinforced items can are made very thin, e.g. 0.15cm or even thinner, they are extremely suitable as one-piece side lights and taillights for automobiles and other vehicles and as transparent closings of compartments, as well as glass doors and rain protection roofs. These firm, thin objects can be made according to the invention, if desired, to have high, medium or have low center voltages.
Erfindungsgemäß können auch dickere Glasgegenstände verstärkt und nicht nur mit der erhöhten Oberflächendruckspannung, sondern auch mit einer vergleichsweise geringen Innenspannung versehen werden, die sich z. B. gewöhnlich der von getempertem Glas der gleichen Zusammensetzung nähert oder sogar unter dieser liegt, nämlich 0,7 bis 21 kg/cm2 beträgt. Es fällt auch in den Rahmen der vorliegenden Erfindung, diesen dicken Gegenständen durch längere Austauschbehandlungen eine höhere Innenspannung zu verleihen.According to the invention, thicker glass objects can also be reinforced and provided not only with the increased surface compressive stress, but also with a comparatively low internal stress, which can e.g. B. usually approaches that of tempered glass of the same composition or even below this, namely 0.7 to 21 kg / cm 2 . It is also within the scope of the present invention to impart higher internal stress to these thick articles through longer replacement treatments.
Die erfindungsgemäß verstärkten Glasgegenstände mit Glasstärken von etwa 0,23 bis 2,54 cm oder mehr je Hauptoberfläche weisen eine Oberflächendruckspannungszone von 30 bis 400 Mikron Stärke und eine maximale Oberflächendruckspannung von bis zu 7000 kg/cm2 oder mehr auf.The glass articles reinforced according to the invention with glass thicknesses of about 0.23 to 2.54 cm or more per main surface have a surface compressive stress zone of 30 to 400 microns thick and a maximum surface compressive stress of up to 7000 kg / cm 2 or more.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können natürlich eine ganze Reihe von Innenspannungsprofilen erreicht werden, die zwischen den erwähnten außerordentlich hohen und außerordentlich niedrigen Innenspannungsprofilen liegen, wobei die Glasstärke und die Tiefe und Stärke der Oberflächendruckspannungszone im Verhältnis zur Gesamtstärke der behandelten Glasgegenstände verändert werden.In the context of the present invention, of course, a whole series of internal stress profiles can be achieved between the aforementioned extremely high and extremely low Internal stress profiles lie, with the glass thickness and the depth and strength of the surface compressive stress zone can be changed in relation to the total thickness of the treated glass objects.
Bei den erfindungsgemäß verstärkten Glasgegenständen mit. vergleichsweise geringen Innenspannungen ist die maximale Druckspannung in der Oberfläche weit größer als die maximale Spannung in der zentral gelegenen inneren Spannungszonc (Zentrumsspannungszone). Bei derartigen Glasgegenständen beträgt das Verhältnis der maximalen Druckspannung in der Oberflächenzone zur maximalen Spannung in der Zentrumszone immer wenigstens 10: 1, gewöhnlich 1000: 1 und mehr und manchmal mehr als 10000:1. Der Vorteil dieser verstärkten Glasgegenstände mit einer vergleichsweise geringen Zentrumsspannung liegt unter anderem in der hohen Oberflächendruckspannung, die weit über der liegt, die durch thermisches Tempern erzielt werden kann, und darin, daß sie nach der Verstärkungsbehandlung, ohne zu splittern, in die gewünschten Formen zerschnilten werden können. Dieser letztgenannte Vorteil kann mit thermisch getempertem Glas mit angemessen hoher Druckspannung, z. B. 1400 kg/cm2, nicht erreicht werden, da thermisch,.. getempertes Glas beim Schneiden splittert. Diese Glasgegenstände eignen sich besonders gut als aus einem Stück bestehende Baudekorationsplatten und zur Herstellung geschichteter, durchsichtiger Teile Nfür Automobile (z. B. Sicherheitswindschutzscheiben), Flugzeuge, Züge und andere Fahrzeuge und Abteilungen sowie Gebäude mit durchsichtigen bzw. durchscheinenden bis lichtundurchlässigen Glasteilen. "·With the glass objects reinforced according to the invention with. comparatively low internal stresses, the maximum compressive stress in the surface is far greater than the maximum stress in the centrally located internal stress zone (central stress zone). In such glass objects the ratio of the maximum compressive stress in the surface zone to the maximum stress in the central zone is always at least 10: 1, usually 1000: 1 and more and sometimes more than 10,000: 1. The advantage of these reinforced glass objects with a comparatively low center tension lies, among other things, in the high surface compressive tension, which is far above that which can be achieved by thermal annealing, and in the fact that, after the reinforcement treatment, they cut into the desired shapes without splintering can be. This latter benefit can be achieved with thermally tempered glass with reasonably high compressive stress, e.g. B. 1400 kg / cm 2 , cannot be achieved because thermally, .. tempered glass splinters when cutting. These glass objects are particularly suitable as one-piece building decoration panels and for the production of layered, transparent parts N for automobiles (e.g. safety windscreens), aircraft, trains and other vehicles and departments as well as buildings with transparent or translucent to opaque glass parts. "·
Die erfindungsgemäß behandelten dünnen Glasgegenstände weisen nicht nur eine hohe Oberflächenfestigkeit auf, sondern sie sind auch überraschend biegsam. Erfindungsgemäß nach dem Verfahren von Beispiel 1 behandelte Glasgegenstände mit einer Stärke von 0,23 cm sind so biegsam, daß sie wiederholt um einen Kreis mit einem Radius von 76,2 cm gebogen werden können, ohne daß das Glas bricht. Unabhängig vom Grad der den Glasgegenständen entsprechend den Behandlungsverfahren der Erfindung verliehenen Zentrumsspannung enthält die innere Spannungszone (Zentrumsspannungszone), die die Hauptstärke des Glases umfaßt, Lithium und Natrium im wesentlichen in der Menge, die für das behandelte Grundglas aus Natriumoxid, Lithiumoxid, Tonerde, Kieselsäure und Zinkoxid kennzeichnend ist. Nach Abschluß des erfindungsgemäß durchgeführten verstärkenden Austauschverfahrens ist der Lithiumgehalt der verstärkten Oberflächenzone geringer als der des Grundglases, und an der Oberflächenzone konzentriert sich das Alkalimetall, dessen Atomdurchmesser größer ist als der des Lithiums, und zwar derart, daß die Konzentration des Alkalimetalls mit größerem Atomdurchmesser an der Oberflächenzone die Konzentration desselben im Grundglas übersteigt.The thin glass objects treated according to the invention not only have a high surface strength on, but they're also surprisingly pliable. According to the invention by the method of Example 1 treated glass articles 0.23 cm thick are pliable enough to repeat can be bent around a 76.2 cm radius without breaking the glass. Regardless of the degree of the glass objects according to the treatment method of the invention imparted center tension contains the inner tension zone (center tension zone), the The main strength of the glass includes lithium and sodium in essentially the amount necessary for that Characteristic treated base glass made of sodium oxide, lithium oxide, alumina, silica and zinc oxide is. Upon completion of the reinforcing replacement procedure carried out in accordance with the present invention, the Lithium content of the reinforced surface zone lower than that of the base glass, and at the surface zone concentrates the alkali metal, the atomic diameter of which is larger than that of lithium, and in such a way that the concentration of the alkali metal with a larger atomic diameter at the surface zone the concentration of the same in the base glass exceeds.
Um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erzielen, muß als Ausgangsglas eine Glasgrundmasse (Grundglas) verwendet werden, die hauptsächlich aus Natriumoxid, Lithiumoxid, Zinkoxid, Tonerde und Kieselsäure besteht, die alle wesentliche Bestandteile des Ausgangsglases darstellen. Alle diese Bestandteile sollten zudem in genau festgelegten Mengen enthalten sein, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung voll ausschöpfen zu können. Geringe Mengen zusätzlicher, das Glas modifizierender Stoffe sind zulässig, in keinem Fall darf die Gesamtmenge dieser Zusatzstoffe 10 Gewichtsprozent der gesamten Glasmasse übersteigen. Daher sollten zusätzliche Glasmodifizierungsmittel vermieden werden, da diese Stoffe (1) entweder die Geschwindigkeit und Tiefe des Austauschs des einen größeren Atomdurchmesser aufweisenden Alkalimetalls verringern, (2) das Ausmaß der durch die verstärkende Behandlung erreichbaren Oberflächendruckfestigkeit herabsetzen oder (3) das Ausgangsglas schwer schmelzbar und verformbar werden lassen. Es sollte zudem sorgfältig vermieden werden, daß die erwähnten fünf Hauptbestandteile in Mengen verwendet werden, die beträchtlich von den nachstehend angegebenen Bereichen abweichen, da derartige Abänderungen die Oberflächendruckspannung, die Tiefe der Verstärkung, die Haltbarkeit durch die erfindungsgemäßen Vcrstärkungsbehandlungen und die Geschwindigkeit der Behandlung ernsthaft schmälern, während sie die Kosten der Verstärkung beträchtlich steigern.In order to achieve the advantages of the present invention, a base glass must be used as the starting glass (Base glass) mainly made of sodium oxide, lithium oxide, zinc oxide, alumina and silica, all of which are essential components of the starting glass. All of these ingredients They should also be included in specified amounts in order to take advantage of the present To be able to fully exploit the invention. Small amounts of additional substances that modify the glass are permitted, in no case may the total amount of these additives be 10 percent by weight of the total Exceed glass mass. Therefore, additional glass modifiers should be avoided as these Substances (1) either the speed and depth of exchange of a larger atomic diameter containing alkali metal, (2) the extent of the reinforcing treatment reduce the achievable surface compressive strength or (3) the starting glass is difficult to melt and can be deformed. Care should also be taken to avoid the aforementioned five Main ingredients are used in amounts considerably outside the ranges given below differ, as such changes affect the surface compressive stress, the depth of the reinforcement, the durability of the strengthening treatments of the invention and the speed seriously detract from treatment while increasing the cost of reinforcement considerably.
Nachstehend folgt eine charakteristische Zusammensetzung für die aus Natriumoxid, Lithiumoxid,Below is a characteristic composition for the sodium oxide, lithium oxide,
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Zinkoxid, Tonerde und Kieselsäure bestehende Aus- Im allgemeinen liegt die Gesamtmenge von Na2O gangsglasmasse, wobei der Gehalt des betreffenden und ZnO zwischen etwa 6 und 25 Gewichtsprozent Elementes durch das entsprechende Oxid bestimmt und vorzugsweise zwischen etwa 8 und 20 Gewichtsist: prozent. Zinc oxide, alumina and silicic acid, consisting of generally the total amount of Na 2 O bulk glass mass, the content of the element in question and ZnO being between about 6 and 25 percent by weight determined by the corresponding oxide and preferably between about 8 and 20 percent by weight.
Chemischer Stoff Gewichtsprozent 5 Die Gesamtmenge von Al2O3 und SiO2 sollteChemical substance weight percent 5 The total amount of Al 2 O 3 and SiO 2 should
τ. Q 2 bis 10 ' ^ Gewichtsprozent nicht übersteigen. Ausgangsglas-τ. Q does not exceed 2 to 10% by weight. Starting glass
-J* Q 2 bis 15 ■massen ""* menr a^s 95 Gewichtsprozent Al2O3 -J * Q 2 to 15 ■ masses "" * menr a ^ s 95 percent by weight Al 2 O 3
γ-Q 2 bis 15 P'us ^'^2 'assen s'cn schwerer schmelzen und ver- γ-Q 2 to 15 P ' us ^' ^ 2 ' assen s ' cn more difficult to melt and
■ > ,-j 10 bis 30 formen, mit steigender Al2O3-Menge erhöhen sich■>, -j 10 to 30 form, with increasing amount of Al 2 O 3 they increase
g.Q 3 45 bis 75 I0 auc^ ^'e Kosten, nicht nur in bezug auf das Aus-gQ 3 45 to 75 I0 auc ^ ^ ' e costs, not only in relation to the
1 2 gangsglas, sondern auch im Hinblick auf das Schmel- 1 2 aisle glass, but also with regard to the smelting
Diese Ausgangsglasmasse kann neben den ange- zen und Verformen. Gewöhnlich sollte die Gesamtgebenen
wesentlichen Oxidbestandteilen Stoffe, wie menge von Al2O3 und SiO2 etwa 87 Gewichtsprozent
Sb2O3, As2O3, Na2SO4, NaCl und F, in Mengen nicht übersteigen, wobei der Al2O3-Gehalt etwa
zwischen O und 1 Gewichtsprozent enthalten. Auch 15 28 Gewichtsprozent nicht übersteigen sollte. .
geringe Mengen K2O oder Spuren davon können Die Alkalimetall-Verstärkungsbehandlung wird
in Mengen von 0,1 bis 1 Gewichtsprozent zugeführt unterhalb der Entspannungstemperatur des Grundwerden.
Andere zusätzliche Oxide, die in geringeren glases durchgeführt, gewöhnlich unter etwa 595° C,
Mengen geduldet werden können, 2 Gewichtsprozent und zwar so lange, bis das Lithium und das andere
jeweils jedoch nicht übersteigen dürfen, sind CaO, 20 verfügbare Alkalimetall oder die -metalle mit dem
BaO, B2O3, SrC, PbO und TiO2. kleineren Atomdurchmesser durch das. Alkalimetall
Unter keinen Umständen sollte die Gesamtmenge des Behandlungssalzes mit dem größeren Atomdieser
nicht wesentlichen Oxidbestandteile 10 Ge- durchmesser bis zu einem merklichen Grad ersetzt r
wichtsprozent der gesamten Ausgangsglasmasse über- sind. Die Dauer der Behandlung hängt von mehreren
steigen. 25 Faktoren ab, unter anderem von der besonderen Die Ausgangsglasmasse wird gewöhnlich minde- Zusammensetzung des Ausgangsglases, der relativen
stens 3 Gewichtsprozent Li2O und 4 Gewichtspro- Austauschgeschwindigkeit eines bestimmten Alkalizent
Na2O enthalten. Der Gewichtsanteil von Li2O metalls mit größerem Atomdurchmesser und der
und Na2O sollte insgesamt wenigstens 5% betragen, besonderen Behandlungstemperatur. Die Behandbezogen
auf die gesamte Glasmasse. , 30 lungsdauer kann zwischen einer kurzen Kontaktzeit
Erfindungsgemäß muß zudem ZnO enthalten sein. von etwa 1 Minute und mehreren Stunden liegen.
Das Ausgangsglas wird gewöhnlich wenigstens 3 Ge- Bei Behandlungstemperaturen von mehr als 3200C,
wichtsprozent Zinkoxid enthalten, die Konzentration die zwischen etwa 370 und 595° C liegen, sind gewöhnan
Zinkoxid sollte nicht geringer als etwa 2 Ge- lieh Kontaktzeiten von 5 bis 60 Minuten ausreichend,
wichtsprozent sein. Durchweg verbesserte verstärkte 35 Bei Anwendung der höheren Behandlungstempera-Glasprodukte
können erfindungsgemäß hergestellt ' türen, nämlich 455 bis 595° C, können die Ausgangswerden,
wenn die Zinkoxidmenge im Ausgangsglas glasmassen durch Behandlungszeiten von etwa 5
zwischen etwa 3 und 13 Gewichtsprozent und vor- bis 30 Minuten mit einer stark erhöhten Oberflächenzugsweise
zwischen etwa 4 und 10 Gewichtsprozent druckspannung versehen werden. Zur Erzielung einer
liegt. ' 40 bestimmten Reihe angestrebter Ziele sind auch längere Die Ausgangsglasmassen können etwa 10 bis Eintauchperioden nicht schädlich, solange die durch
30 Gewichtsprozent Al2O3 enthalten. Im allgemeinen die Alkalimetall-Verstärkungsbehandlung hervorwird
das Ausgangsglas jedoch etwa 15 bis 30 Ge- gerufene Oberflächendruckspannung beibehalten
wichtsprozent Al2O3 und· vorzugsweise etwa 18 bis wird. r,
28 Gewichtsprozent enthalten. 45 Als Alkalimetalle mit größerem Atomdurchmesser V IThis starting glass mass can, in addition to indicating and deforming. Usually, the total given essential oxide constituents substances, such as the amount of Al 2 O 3 and SiO 2 , should not exceed about 87 percent by weight of Sb 2 O 3 , As 2 O 3 , Na 2 SO 4 , NaCl and F, with the Al 2 O 3 content between about 0 and 1 percent by weight. Also 15 should not exceed 28 percent by weight. .
small amounts of K 2 O or traces thereof can be The alkali metal reinforcing treatment is applied in amounts of 0.1 to 1 percent by weight below the relaxation temperature of the base. Other additional oxides that can be tolerated in smaller glases, usually below about 595 ° C, amounts, 2 percent by weight and so long until the lithium and the other may not exceed each, however, are CaO, 20 available alkali metal or the - metals with the BaO, B 2 O 3 , SrC, PbO and TiO 2 . smaller atomic diameter through the. alkali metal Under no circumstances should the total amount of salt treatment with the larger atomic This non-essential constituent oxides 10 overall diameter to a marked degree r replaced weight percent of the total starting glass mass are exceeded. The duration of treatment depends on several increases. The starting glass mass will usually contain at least 3 percent by weight Li 2 O and 4 percent by weight exchange rate of a certain alkali metal percentage Na 2 O. The proportion by weight of Li 2 O metal with a larger atomic diameter and the and Na 2 O should total at least 5%, special treatment temperature. The treatment related to the entire glass mass. , 30 treatment time can range between a short contact time. According to the invention, ZnO must also be present. of about 1 minute and several hours. The starting glass is usually at least 3 overall at treatment temperatures of more than 320 0 C, weight percent zinc oxide, the concentration lying between about 370 and 595 ° C, are gewöhnan zinc oxide should not be less than about 2 overall lent contact times of 5 to 60 Minutes sufficient to be weight percentage. Consistently improved reinforced 35 When using the higher treatment tempera glass products can be manufactured according to the invention, namely 455 to 595 ° C, the starting points can be made if the amount of zinc oxide in the starting glass is between about 3 and 13 percent by weight and before to 30% by treatment times of about 5 Minutes with a greatly increased surface preferably between about 4 and 10 percent by weight compressive stress. To achieve a lies. The starting glass masses cannot be harmful for about 10 to 10 periods of immersion, as long as they contain 30 percent by weight of Al 2 O 3. In general, however, the alkali metal reinforcing treatment will result in the starting glass maintaining about 15 to 30 called surface compressive stress by weight percent Al 2 O 3, and preferably about 18 to about. r , contain 28 percent by weight. 45 As alkali metals with larger atomic diameter VI
SiO2 ist das hauptsächlich glasbildende Oxid des als Lithium kommen Natrium, Kalium, Cäsium
Ausgangsglases, es ist in einer Menge von etwa 45 und Rubidium in Frage. Die Natrium- und Kalium- ■
bis 75 Gewichtsprozent enthalten. Gewöhnlich liegt salze verbessern die Oberflächendruckspannung in
die Menge des SiO2 zwischen etwa 45 und 70% einem tiefergehenden Bereich, als es bei Verwendung
und vorzugsweise zwischen etwa 48 und 66 Gewichts- 50 von Cäsium- oder Rubidiumsalzen der Fall ist.
prozent. " Auch sind die Natrium- und Kaliumsalze leichter Na2O und Li2O können in gleichen Gewichts- verfügbar und daher weniger kostspielig. Von den
mengen enthalten sein, es ist jedoch auch möglich, Natrium- und Kaliumsalzen werden vorzugsweise
daß entweder Na2O oder Li2O gewichtsmäßig über- die Natriumsalze verwendet, da das Natrium die
wiegt. Gewöhnlich wird das Gewicht des Na2O 55 Glasoberfläche tiefergehend als die Kaliumsalze unter
jedoch das des Li2O übertreffen. Bezogen auf die eine hohe Druckspannung setzen kann. Die Kaliummolare
Menge übertrifft im allgemeinen Li2O das salze dagegen haben gegenüber den Natriumsalzen
Na2O, dies ist jedoch nicht erforderlich. Das Mol- den Vorteil, daß mit ihnen eine etwas höhere Oberverhältnis
von Li2O zu Na2O kann daher zwischen flächendruckspannung erzielt werden kann, wenn
0,26 zu 10,4 zu I liegen, und das Gewichtsverhältnis 60 diese auch nicht ganz so tief geht,
von Li2O zu Na2O kann zwischen 0,13 zu 5,0 zu 1,0 Zweckmäßigerweise erfolgt die Verstärkungsliegen. Um beste Ergebnisse zu erzielen, sollte die behandlung durch Eintauchen des zu verstärkenden
Gesamtmenge von Na2O und Li2O zwischen etwa Gegenstandes in ein geschmolzenes Bad des Alkali-6
und 20 Gewichtsprozent und vorzugsweise zwischen metall-Verstärkungssalzes mit dem größeren Atom-6
und 16 Gewichtsprozent liegen. Gewöhnlich ent- 65 durchmesser. Bei dieser Behandlung wird das Alkalihalten
die Ausgangsglasmassen eine Mindestgesamt- metall-Verstärkungssalz in einen beliebigen Behälter
menge von Na2O und Li2O von etwa 6 Gewichts- gegeben, z.B. einen Tank aus rostfreiem Stahl oder
prozent. in einen sonstigen inerten Behälter, und auf eineSiO 2 is the main glass-forming oxide of the lithium, potassium, and cesium starting glass, it is possible in an amount of about 45 and rubidium. The sodium and potassium ■ contain up to 75 percent by weight. Usually salts improve the surface compressive stress in the amount of SiO 2 between about 45 and 70%, a deeper range than is the case when using and preferably between about 48 and 66% by weight of cesium or rubidium salts. percent. "Also the sodium and potassium salts are lighter Na 2 O and Li 2 O can be available in equal weight and therefore less costly. Of the amounts, it is also possible, however, sodium and potassium salts are preferably that either Na 2 O." or Li 2 O is used in terms of weight over the sodium salts, since the sodium weighs the. Usually the weight of the Na 2 O 55 glass surface is deeper than the potassium salts, but exceed that of the Li 2 O. Relative to which can set a high compressive stress Kaliummolare amount exceeds generally Li 2 O, the salts mind over the sodium salts Na 2 O, but this is not required. the mole has the advantage that with them a somewhat higher top ratio of Li 2 O to Na 2 O is therefore between surface compressive stress can be achieved if 0.26 to 10.4 to I, and the weight ratio 60 this is not quite as low,
from Li 2 O to Na 2 O can be between 0.13 to 5.0 to 1.0. The gain is expedient. For best results, the treatment should be done by immersing the total amount of Na 2 O and Li 2 O to be reinforced between about the object in a molten bath of alkali-6 and 20 percent by weight and preferably between metal-reinforcing salt with the larger atom-6 and 16 percent by weight. Usually about 65 in diameter. In this treatment, the alkali holding of the starting glass masses is given a minimum total metal reinforcing salt in any container amount of Na 2 O and Li 2 O of about 6% by weight, eg a stainless steel tank or percent. into another inert container, and onto one
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Temperatur erhitzt, bei der es schmilzt. Gewöhnlich Das Ausgangsglas kann z. B. zuerst einer Natrium-Heated temperature at which it melts. Usually the starting glass may e.g. B. first a sodium
wird die Behandlungstemperatur zwischen der Tem- Verstärkungsbehandlung unterworfen werden, wobeiwill be subjected to the treatment temperature between the Tem-strengthening treatment, wherein
peraturschwelle, bei der das Alkalimetall-Behand- geschmolzenes Natriumnitrat verwendet wird, undtemperature threshold at which the alkali metal treatment molten sodium nitrate is used, and
iungssalz schmilzt, und der Entspannungstemperatur anschließend einer Verstärkungsbehandlung mit einemiungssalz melts, and the relaxation temperature then a reinforcement treatment with a
des zu verstärkenden Ausgangsglases liegen, wobei 5 weiteren Alkalimetallsalz, wobei ein geschmolzenesof the starting glass to be reinforced, with 5 further alkali metal salt, with one molten
jede zweckmäßige Temperatur zwischen dem Schmelz- Salz eines Alkalimetalls verwendet wird, dessen Atomany convenient temperature is used between the molten salt of an alkali metal whose atom
punkt des Alkalimetall-Verstärkungssalzes und der einen größeren Durchmesser aufweist als das despoint of the alkali metal reinforcing salt and which has a larger diameter than that of the
Entspannungstemperatur des Glases angewendet Natriums, z. B. ein geschmolzenes Kaliumsalz, wieRelaxation temperature of the glass applied sodium, e.g. B. a molten potassium salt such as
werden kann. geschmolzenes Kaliumnitrat. Die zweite Alkalimetall-can be. molten potassium nitrate. The second alkali metal
Bevor das Ausgangsglas in das geschmolzene Bad io salzbehandlung bewirkt den Abbau des Natriums
aus dem Alkalimetall-Behandlungssalz eingetaucht und anderer verfügbarer austauschbarer Alkalimetalle
wird, wird der aus dem Ausgangsglas bestehende mit einem kleineren Atomdurchmesser in der Ober-Gegenstand
vorzugsweise auf eine Temperatur vor- fläche des Glases, die durch Kalium ersetzt werden,
erhitzt, die 28° C über oder unter der Temperatur Auf diese Weise kann die Stärke der Druckspannung
liegt, bei der die Alkalimetall-Austauschbehandlung 15 in der Oberfläche des Glases erhöht werden. Das
durchgeführt werden soll, d. h. der Temperatur, auf durch Natrium-Kalium-Austausch verstärkte Glas
der das Alkalimetallsalz während der Behandlung kann zudem auch weiteren nachfolgenden Alkaligehalten
wird. Noch besser ist es, wenn der Glas- metall-Austauschbehandlungen unterworfen werden,
gegenstand auf eine Temperatur vorerhitzt wird, die bei denen Rubidium- bzw. Cäsiumsalze verwendet
sehr nahe an die herankommt, bei der die Austausch- 20 werden.
Verstärkungsbehandlung durchgeführt wird. Werden die Ausgangsglasmassen durch mehrereBefore the starting glass is immersed in the molten bath io salt treatment causes the breakdown of the sodium from the alkali metal treatment salt and other available exchangeable alkali metals, the starting glass consisting of the starting glass with a smaller atomic diameter in the upper object is preferably brought to a temperature in front of the surface Glass that is replaced by potassium is heated to 28 ° C above or below the temperature. In this way, the strength of the compressive stress at which the alkali metal exchange treatment 15 in the surface of the glass can be increased. That is to be carried out, ie the temperature, on the glass reinforced by sodium-potassium exchange, which the alkali metal salt during the treatment can also contain other subsequent alkali. It is even better if the glass-metal exchange treatments are subjected to preheating to a temperature at which the rubidium or cesium salts are used very close to that at which the exchange is used.
Reinforcement treatment is performed. Are the starting glass masses by several
In einem typischen Verfahren zur Durchführung solcher aufeinanderfolgender Verstärkungsbehandder vorliegenden Erfindung wird das vorerhitzte, lungen durch Alkalimetallsalzaustausch verstärkt, so aus Natriumoxid, Lithiumoxid, Zinkoxid; Tonerde wird das Glas gewöhnlich zwischen jeder Austauschund Kieselsäure bestehende Ausgangsglas, z. B. in 25 behandlung auf eine Temperatur zwischen 93° C und Platten- oder Scheibenform, 5 bis etwa 60 Minuten Raumtemperatur, ja selbst auf eine niedrigere Tempein ein geschmolzenes Natriumnitratbad eingetaucht, ratur, abgekühlt. Nach dem Abkühlen wird das Glas das auf 370 bis 595° C gehalten wird. gewöhnlich mit Wasser gereinigt oder mit einemIn a typical procedure for performing such sequential strengthening treatments present invention, the preheated lung is enhanced by alkali metal salt exchange, so from sodium oxide, lithium oxide, zinc oxide; Clay is usually replaced between each replacement and the glass Silica existing starting glass, e.g. B. in 25 treatment to a temperature between 93 ° C and Plate or disk shape, 5 to about 60 minutes room temperature, even at a lower temperature immersed in a molten sodium nitrate bath, temperature, cooled. After cooling, the glass will which is kept at 370 to 595 ° C. usually cleaned with water or with a
Der auf diese Weise behandelte Glasgegenstand anderen Reinigungsmittel, bevor es weiteren Auswird dann aus dem geschmolzenen Natriumnitrat- 3° tauschbehandlungen unterworfen wird, um über-Behandlungsbad entfernt und allmählich auf eine sch'üssiges Behandlungssalz zu entfernen. Vor einer Temperatur abgekühlt, die sich etwa der Raumtempe- weiteren Austauschbehandlung wird das Glas dann ratur nähert, d. h. eine Temperatur zwischen 93° C wieder -vorerhitzt.The glass object treated in this way uses another cleaning agent before it is further removed then from the molten sodium nitrate 3 ° is subjected to exchange treatments to over-treatment bath removed and gradually to remove a sch'üssiges treatment salt. In front of a Temperature cooled, which is about the room temperature- further exchange treatment is then the glass approaching temperature, d. H. preheated to a temperature between 93 ° C.
und wenig ober- oder unterhalb der Raumtemperatur. Jedoch kann erfindungsgemäß ein Verlust an Zeit Nach dem Abkühlen wird das Glas gewöhnlich mit 35 und Wärmeenergie, der durch (1) Kühlen des Glases Wasser abgespült, um überschüssiges Behandlungs- zwischen den Austauschbehandlungen auf Raumsalz zu entfernen. temperatur und (2) vorerhitzten Glases annäherndand a little above or below room temperature. However, according to the present invention, there may be a loss of time After cooling, the glass is usually filled with thermal energy generated by (1) cooling the glass Rinsed off water to remove excess treatment- between replacing treatments on room salt to remove. temperature and (2) preheated glass approximate
An Stelle eines Natrium-Behandlungssalzes kann auf Temperaturen, bei denen die nachfolgenden Aus-Instead of a sodium treatment salt, temperatures at which the following
zur Verstärkung des Ausgangsglases auch ein ge- tauschbehandlungen durchgeführt werden sollen, ent-replacement treatments should also be carried out to reinforce the initial glass,
schmolzenes Kaliumsalz, z. B. Kaliumnitrat, ver- 40 steht, vermieden werden, wenn man das Glas ohnemolten potassium salt, e.g. B. potassium nitrate, understood, can be avoided if the glass is left without
wendet werden. Natürlich können an Stelle von vorheriges Kühlen auf Raumtemperatur dadurchbe turned. Of course, this can be used instead of prior cooling to room temperature
Natrium oder Kalium auch die kostspieligeren Cäsi- reinigt, daß man vorerhitzte Luft oder andere inerteSodium or potassium also purifies the more expensive Caesi by making preheated air or other inert ones
um- und Rubidiumsalze zum Verstärken verwendet Gase (die auf die Behandlungstemperaturen erhitztum- and rubidium salts used for reinforcing gases (which are heated to the treatment temperatures
werden. ' wurden, die in der nachfolgenden Austauschbehand-will. 'that were specified in the following exchange handling
Die für die Verstärkungsbehandlung verwendeten 45 lung angewendet werden sollen) auf die OberflächeThe 45 ment used for the reinforcement treatment should be applied) to the surface
Alkalimetallsalze sollten bei den angewendeten Be- des so behandelten Glases aufprallen oder strömenAlkali metal salts should impact or flow on the applied glass treated in this way
handlungstemperaturen relativ beständig sein. Ty- läßt und dadurch überschüssiges geschmolzenes Be-handling temperatures must be relatively stable. Ty- and thereby excess molten material
pische und zufriedenstellende Salze sind die Salze handlungssalz entfernt. An Stelle von Gasen könnenPish and satisfactory salts, the salts are treated salt removed. Instead of gases you can
der Mineralsäuren, z. B. die Sulfate, Nitrate, Chloride, zum Reinigen bei hohen Temperaturen absorbierendethe mineral acids, e.g. B. the sulfates, nitrates, chlorides, absorbent for cleaning at high temperatures
Fluoride und Phosphate von Natrium; Kalium, 50 Tone oder Kieselsäurepulver verwendet werden, dieFluorides and phosphates of sodium; Potassium, 50 clays or silica powder can be used
Cäsium, Rubidium und ähnliche Salze, die eine dann zur Absorption des überschüssigen geschmol-Cesium, rubidium and similar salts, which are then melted to absorb the excess
geringe Alkalinität aufweisen und den Ausgangs- zenen Salzes dienen können,have low alkalinity and can serve as the starting point for salt,
glasgegenstand nicht ernsthaft verunstalten oder ätzen. Außer dem Eintauch verfahren können auch andereDo not seriously deface or etch glass objects. In addition to immersion, others can also proceed
Erfindungsgemäß kann man das aus Natriumoxid, Kontaktverfahren angewendet werden. Das Aus-Lithiumoxid, Zinkoxid, Tonerde und Kieselsäure 55 gangsglas kann z. B. besprüht oder auf andere Weise bestehende Ausgangsglas auch einer Reihe von Alkali- mit einem aus Natriumsalz bestehenden überzug .metallsalz-Austauschbehandlungen unterwerfen. Bei versehen werden, und das so überzogene Glas kann diesen in Serien durchgeführten Behandlungen wird dann auf die Temperatur erhitzt werden, bei der bei jeder nachfolgenden Behandlung ein Alkalimetall- das Natriumsalz schmilzt. Das aus einem Alkalimetall salz verwendet, dessen Atom einen größeren Durch- 6o bestehende Behandlungssalz kann auch mit einem messer aufweist als das des Alkalimetalls,'das bei einer inerten Trägerstoff oder Verdünnungsmittel vervorhergehenden Austausch-Verstärkungsbehandlung mischt und zu einer Paste verarbeitet werden, und verwendet wurde. Diese zeitliche aufeinanderfolgenden diese Paste wird dann auf das Glas aufgebracht, Austauschbehandlungen, die alle vorzugsweise unter bevor es auf Behandlungstemperaturen erhitzt wird, der Entspannungstemperatur des Glases durchge- 65 Der Ausdruck »Atomdurchmesser«, wie er in der führt werden, können dazu dienen, die Stärke der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, bedeutet Oberflächenspannung zu erhöhen, und selbst dazu, den Atomdurchmesser in »Kristall-Ängström«, ausden Bereich der Oberflächenspannung zu vertiefen. gedruckt in kilo-X- oder »kX«-Einheiten. DieseAccording to the invention, the sodium oxide contact method can be used. The off-lithium oxide, zinc oxide, alumina and silica 55 gang glass can, for. B. sprayed or otherwise existing starting glass also a number of alkali with a coating consisting of sodium salt. Metal salt exchange treatments subject. When provided, and the glass coated in this way, these treatments, carried out in series, are then heated to the temperature at which an alkali metal salt melts with each subsequent treatment. The use of an alkali metal salt, the atom a greater throughput 6o existing treatment salt may also have a diameter than that of the alkali metal, 'mixes the vervorhergehenden in an inert carrier or diluent exchange reinforcement treatment and are made into a paste, and was used . This time consecutive this paste is then applied to the glass, replacement treatments, all preferably before it is heated to the treatment temperatures, the relaxation temperature of the glass carried 6 5 are The term "atomic diameter" as he performs in, can serve The strength of this description is used to mean to increase surface tension, and even to deepen the atomic diameter in "crystal angstroms", out of the range of surface tension. printed in kilo X or »kX« units. This
»kX«-Einheiten sind kleiner als »absolute Ängströmeinheiten«, »kX« = A/1,0020. Der Ausdruck »Atomdurchmesser« bezeichnet den »kX«-Wert wie er auf den Seiten 20 bis 23 (Spalte 4) in der Broschüre »Key to the Welsh Periodic Chart of the Atoms« von William F. Meggers, 1959, beschrieben, wird. Die Werte des Atomdurchmessers in dieser Broschüre stammen hauptsächlich aus »The Structure of Metals and Alloys« von William Hum e-R othery,' The Institute of Metals, London, 1945."KX" units are smaller than "absolute angstrom units", "kX" = A / 1.0020. The term "atomic diameter" refers to the “kX” value as shown on pages 20 to 23 (column 4) in the brochure “Key to the Welsh Periodic Chart of the Atoms "by William F. Meggers, 1959, is described. The atomic diameter values in this brochure are mainly taken from “The Structure of Metals and Alloys 'by William Hum e-R othery,' The Institute of Metals, London, 1945.
Die behandelten Ausgangsglasmassen »A« und »B« bestehen aus Lithiumoxid, Natriumoxid, Zinkoxid, Tonerde und Kieselsäure und weisen die folgenden berechneten Zusammensetzungen auf, bezogen auf die Glassätze, die vor dem Schmelzen, dem Frischen und Verformen vermischt wurden (wobei die Metallbestandteile als Oxide angegeben sind):The treated starting glass masses "A" and "B" consist of lithium oxide, sodium oxide, zinc oxide, Alumina and silica and have the following calculated compositions based on the glassware that was mixed before melting, refining and shaping (the metal constituents are specified as oxides):
Bestandteilcomponent
SiO2...
Al2O3 .
Li2O ..
Na2O .
ZnO ..
Sb2O5 .
As2O5 .
Na2SO4
K2O ..SiO 2 ...
Al 2 O 3 .
Li 2 O ..
Na 2 O.
ZnO ..
Sb 2 O 5 .
As 2 O 5 .
Na 2 SO 4
K 2 O ..
Die obigen Gläser werden hergestellt, indem man die Glassätze »A« bzw. »B« in den nachstehend angegebenen betreffenden Gewichtsteilen vermischt. (Die angegebenen Gewichtsteile ergeben 100 Gewichtsteile Ausgangsglas, das nach dem Schmelzen und Frischen die obengenannten berechneten Zusammensetzungen aufweist.)The above glasses are made by matching the glass sets "A" and "B" respectively in the ones given below relevant parts by weight mixed. (The specified parts by weight result in 100 parts by weight of starting glass, which after melting and Fresh has the above calculated compositions.)
Bestandteil des GlassatzesPart of the glass set
Achatsand (SiO2) Agate sand (SiO 2 )
Hydratisiertes Aluminiumhydroxid ■
(Al(OH)3-XH2O) ..:■ Hydrated aluminum hydroxide ■
(Al (OH) 3 -XH 2 O) ..: ■
Li2CO3 Li 2 CO 3
Na2CO3 Na 2 CO 3
ZnO ZnO
Sb2O3 Sb 2 O 3
As2O3 As 2 O 3
Na2SO4 Na 2 SO 4
K2CO3 K 2 CO 3
Gewichtsteile
Glassatz »A« Glassatz »B«Parts by weight
Glass set "A" Glass set "B"
65,1865.18
31,5
9,86
8,58
4,18
0,35
0,12
0,07
0,2231.5
9.86
8.58
4.18
0.35
0.12
0.07
0.22
61,061.0
31,9
9,85
8,58
8,35
0,35
0,12
0,08
0,2331.9
9.85
8.58
8.35
0.35
0.12
0.08
0.23
Die Glassatzbestandteile werden gründlich vermischt und in einen geeigneten Schmelzbehälter gegeben, z. B. einen für hohe Temperaturen geeigneten Ton- oder Platinbehälter, und zum Schmelzen und Frischen des Glassatzes 16 bis 24 Stunden auf Temperaturen von 1427 bis 151O0C erhitzt. Nach dem Frischen wird der Glassatz zur Herstellung von Scheiben auf eine geeignete Gußoberfläche, z. B. Graphit oderThe glassware components are mixed thoroughly and placed in a suitable melting container, e.g. B. a clay or platinum container suitable for high temperatures, and heated to temperatures of 1427 to 150 0 C for 16 to 24 hours to melt and freshen the glassware. After freshening, the glassware is placed on a suitable casting surface, e.g. B. graphite or
kalt gewalzten Stahl, gegossen. Diese Scheiben werden dann in einen Temperofen gebracht und von einer etwas über der Kühltemperatur liegenden Temperatur, nämlich 595 bis 65O0C getempert, indem man die Temperatur durch den Temperbereich auf eine unter dem Glasspannungspunkt, d. h. 482 bis 538° C, liegende Temperatur allmählich herabsetzt. Darauf wird das Glas allmählich bis auf Raumtemperatur abgekühlt. Die so getemperten Scheiben werden dann auf herkömmliche Weise auf die gewünschte Stärke geschliffen und poliert. Die chemischen Naßanalysen der getemperten Zusammensetzungen »A« und »B« zeigen eine gute Übereinstimmung mit den berechneten Zusammensetzungen, wie aus den nachstehend angegebenen Ergebnissen hervorgeht. Die leichte Abweichung des Zinkoxidgehaltes ist erklärlich, da das in diesem Versuch verwendete handelsübliche Zinkoxid chemisch nicht so rein ist wie analysenreines (chemisch reines) Zinkoxid.cold rolled steel, cast. These panes are then placed in a tempering furnace and tempered from a temperature slightly above the cooling temperature, namely 595 to 65O 0 C, by gradually lowering the temperature through the tempering range to a temperature below the glass tension point, ie 482 to 538 ° C . The glass is then gradually cooled down to room temperature. The disks tempered in this way are then ground and polished to the desired thickness in a conventional manner. The wet chemical analyzes of the annealed compositions "A" and "B" show good agreement with the calculated compositions, as can be seen from the results given below. The slight deviation in the zinc oxide content can be explained because the commercially available zinc oxide used in this experiment is not as chemically pure as analytically pure (chemically pure) zinc oxide.
Bestandteilcomponent
SiO2 ...
Al2O3 .
Li2O ..
Na2O .
ZnO ..
Sb2O5 .
As2O5 .
Na2SO4
K2O ..SiO 2 ...
Al 2 O 3 .
Li 2 O ..
Na 2 O.
ZnO ..
Sb 2 O 5 .
As 2 O 5 .
Na 2 SO 4
K 2 O ..
Gewichtsprozent
nach der AnalyseWeight percent
after the analysis
Glas »A«Glass "A"
Glas »B«Glass "B"
Polierte flache Versuchsglasscheiben, die etwa 2,54 cm lang sind, deren Breite von 0,64 bis 1,77 cm schwankt und die die in der nachstehenden Tabelle I angegebene Stärke aufweisen, werden in einem isolierten Ofen während etwa 15 Minuten auf die nachstehend angegebenen Behandlungstemperaturen plus oder minus 3° C erhitzt.Polished flat test glass panes approximately 2.54 cm long and 0.64 to 1.77 cm wide fluctuates and which have the strength given in Table I below, are in an isolated Oven to the treatment temperatures plus given below for about 15 minutes or heated to minus 3 ° C.
Darauf werden die vorerhitzten Scheiben direkt in ein geschmolzenes Natriumnitratsalzbad eingetaucht, und zwar bei den in Tabelle I angegebenen Temperaturen und Tür die dort angegebene Behandlungsdauer. Vor dem Eintauchen der Versuchsscheiben wird das Natriumnitratsalz in einen geeigneten Behälter gegeben, z. B. einen nichtrostenden Stahlbecher, und auf die betreffenden Behandlungstemperaturen erhitzt. Die Versuchsscheiben werden während der ganzen Behandlung vollständig in das geschmolzene Natriumnitrat eingetaucht.The preheated slices are then immersed directly in a molten sodium nitrate salt bath, namely at the temperatures and door specified in Table I, the treatment time specified there. Before immersing the test panes the sodium nitrate salt is placed in a suitable container, e.g. B. a stainless steel cup, and heated to the relevant treatment temperatures. The experimental disks are during completely immersed in the molten sodium nitrate throughout the treatment.
Nach Ablauf der betreffenden Eintauchzeiten werden die Versuchsscheiben aus den geschmolzenen Natriumnitratbädern entnommen und in Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Darauf werden die durch Natriumaustausch behandelten Platten mit Wasser abgespült, um das überschüssige Bchandlungssalz zu entfernen, und getrocknet.After the relevant immersion times have elapsed, the test disks are removed from the melted ones Sodium nitrate baths removed and cooled to room temperature in air. They'll get through that Sodium exchange treated plates are rinsed with water to remove the excess salt remove, and dry.
Darauf werden diese mit Natrium behandelten Scheiben optisch auf die Starke der Spannung, Dicke der druckgespannten Oberflächenzone und auf die Stärke der Zentrumsspannung (zentrale innere Zugspannung) untersucht. Zum Prüfen der Bclastungsfestigkcit werden 10 χ 10 cm große VersuchsscheibenThen these sodium-treated discs are visually adjusted to the strength of the tension, thickness the compressive stressed surface zone and the strength of the center stress (central internal tensile stress) examined. To test the load strength, 10 χ 10 cm large test panes are used
verwendet. Die Näherungsergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle I zusammengefaßt.used. The approximate results are summarized in Table I below.
Die optischen Spannungen, sowohl die Druckspannung als auch die Zugspannung, werden durch Doppelbrechung unter Verwendung eines mit Gradeinteilung versehenen Quarzkeiles (Prisma), der in Millimikron geeicht ist, gemessen. Die Versuchsscheiben werden auf· den Objektträger eines petrographischen Mikroskops (ein Mikroskop, bei dem das poiarisierende. Element unter der Objektträgeroberfläche in das optische System eingebaut ist), das den Quarzkeil enthält, befestigt. Eine Indexvergleichsflüssigkeit, d. h. ein öl mit dem gleichen Brechungsindex wie die Glasscheibe, wird über der Glasoberfläche verteilt. Eine Probe der Glasversuchsscheibe wird dann so auf einem Objektglas des Mikroskops befestigt, daß jede Hauptfläche (die obere oder untere Fläche) der Versuchsscheibe parallel zur oberen Fläche des Objektglases liegt. Es wird der Bereich der Probe, der gemessen werden soll, ausgewählt, die optische Verzögerung und Tiefe dieser Zone wird gemessen, wobei man durch diese Zone durch die 0,6 bis 1,8 cm starke Abmessung hindurchschaut. Die annähernde optische Verzögerung in Millimikron wird von dem geeichten Quarz-. keil abgelesen. Die angemessene Tiefe, bei der eine bestimmte optische Verzögerung in einer bestimmten Zone existiert, wird durch ein in Mikron geeichtes Okular erzielt. Da die Versuchsscheiben nicht genau 1 cm stark sind, werden die gemessenen Verzögerungswerte umgerechnet, indem man mit dem entsprechenden Faktor multipliziert, so daß die Spannung in Millimikron je Zentimeter ausgedrückt ist.The optical stresses, both the compressive stress and the tensile stress, are through Birefringence using a graduated quartz wedge (prism), which is in Millimicron is calibrated, measured. The test slices are placed on the slide of a petrographic Microscope (a microscope in which the poiarizing element is underneath the slide surface built into the optical system) containing the quartz wedge. An index comparison liquid, d. H. an oil with the same refractive index as the pane of glass will be over the Distributed glass surface. A sample of the glass test disk is then placed on a slide glass of the Microscope attached so that each major surface (the upper or lower surface) of the experimental disc is parallel to the upper surface of the specimen glass. The area of the sample that is to be measured is selected, the optical retardation and depth of this zone is measured by going through this Zone through the 0.6 to 1.8 cm thick dimension. The approximate optical delay in millimicrons is made of calibrated quartz. read the wedge. The appropriate depth at the one A certain optical delay exists in a certain zone is indicated by a calibrated in microns Scored eyepiece. Since the test panes are not exactly 1 cm thick, the measured deceleration values are converted by using the corresponding Factor multiplied so that the tension is expressed in millimicrons per centimeter.
Dann wird die optische Spannungsmessung in Millimikron je Zentimeter umgewandelt in mechanische kg/cm2-Spannungseinheiten nach einer der Formeln 1 oder 2:Then the optical tension measurement in millimicrons per centimeter is converted into mechanical kg / cm 2 tension units according to one of the formulas 1 or 2:
Konstante des Glases, die gemessen wird, und E die mechanische Spannung in kg/cm2.The constant of the glass, which is measured, and E is the mechanical stress in kg / cm 2 .
Da JV1 - JV2 = - ist, wobei R die beobachteteSince JV 1 - JV 2 = -, where R is the observed
Verzögerung und t die Wegstrecke ist, die das polarisierte Licht in dem Probenabschnitt zurücklegt, d. h. die Stärke des Probenabschnittes, kann die Gleichung 1 auch als Gleichung 2 geschrieben werden,Delay and t is the distance that the polarized light travels in the sample section, i.e. the strength of the sample section, equation 1 can also be written as equation 2,
die erhalten wird, indem man — für N1 — N2 in derwhich is obtained by - for N 1 - N 2 in the
Gleichung 1 einsetzt,
E = Equation 1 is used,
E =
(t) ■ (O (t) ■ (O
(Gleichung 2)(Equation 2)
E =E =
N1-N2 N 1 -N 2
(Gleichung 1)(Equation 1)
wobei /V1 der Brechungsindex der Probe für parallel zur Oberfläche polarisiertes Licht ist. N2 ist der Brechungsindex der Probe für senkrecht zur Oberfläche polarisiertes Licht. C ist die photoelastische Bei Verwendung von Gleichung 2 werden sowohl R als auch t in den gleichen Einheiten ausgedrückt,where / V 1 is the refractive index of the sample for light polarized parallel to the surface. N 2 is the refractive index of the sample for light polarized perpendicular to the surface. C is the photoelastic.Using Equation 2, both R and t are expressed in the same units,
• entweder in Millimikron oder in Zentimeter.• either in millimicrons or in centimeters.
Bei der Prüfung der Belastungsfestigkeit werden konzentrische ringförmige Belastungen bei den 10 cm im Quadrat messenden Versuchsscheiben angewandt, wobei die Glaszusammensetzung, die Natriumbehandlung und die Stärken dieser Versuchsscheiben mit den in Tabelle I angegebenen Werten übereinstimmen. Der größere kreisförmige Ring hat einen inneren Durchmesser von 7,6 cm, während der kleinere kreisförmige Ring einen inneren Durchmesser von 4,3 cm aufweist. Die beiden konzentrischen Ringe haben scharfe Kanten (strichförmige Auflage um einen kreisförmigen Ort), die die Glasoberflächen in der Richtung des 10 χ 10-cm-Bereiches berühren. Die Belastungsgeschwindigkeit beträgt 0,051 cm je Minute, die Belastungsstärke ist die mittlere Belastungsstärke (kg/cm2), bei der bei den geprüften Proben der Ausfall (Glasbruch) erfolgt; bei einer bestimmten Gruppe sind alle Probescheiben in gleicher Weise zwecks Verstärkung behandelt. Man erhält diese Belastungsstärke in kg/cm2, indem man die tatsächliche Belastungsstärke (kg) mit dem Spannungs-Umwandlungsfaktor multipliziert, der 34,88 beträgt, dies gilt innerhalb des bei Versuchen zulässigen Fehlerbereichs für 0,18 bis 0,25 cm starke Glasscheiben aus Lithiumoxid, Natriumoxid, Zinkoxid, Tonerde und Kieselsäure.When testing the load resistance, concentric annular loads are applied to the test panes measuring 10 cm square, the glass composition, the sodium treatment and the thicknesses of these test panes agreeing with the values given in Table I. The larger circular ring has an inner diameter of 7.6 cm while the smaller circular ring has an inner diameter of 4.3 cm. The two concentric rings have sharp edges (line-shaped support around a circular location) that touch the glass surfaces in the direction of the 10 χ 10 cm area. The loading speed is 0.051 cm per minute, the loading strength is the mean loading strength (kg / cm 2 ) at which failure (glass breakage) occurs in the tested samples; in a given group, all trial targets are treated in the same way for reinforcement. This load strength in kg / cm 2 is obtained by multiplying the actual load strength (kg) by the stress conversion factor, which is 34.88; this applies within the error range permitted in tests for 0.18 to 0.25 cm thick glass panes made of lithium oxide, sodium oxide, zinc oxide, alumina and silica.
bchandlungssalzAlkali metal
processing salt
temperaturCommercial
temperature
dauerTreatment
length of time
(Millimikron/cm)Center tension
(Millimicrons / cm)
Ausgangssetting of the
Starting
spannungszonesurface pressure
tension zone
•Fortsetzung•Continuation
1414th
setzung des
Ausgangs
glasesTogether
setting of the
Starting
glass
(cm)Glass thickness
(cm)
behandlungssalzAlkali metal
treatment salt
temperatur
( C)Commercial
temperature
(C)
dauer
(Minuten)Treatment
length of time
(Minutes)
flächendruck-
spannungszonc
(Mikron)Strength of the upper
surface pressure
tension zone
(Micron)
(Millimikron/cm)Center tension
(Millimicrons / cm)
15
1614th
15th
16
B
BB.
B.
B.
0,216
0,2160.216
0.216
0.216
NaNO3
NaNO3 NaNO 3
NaNO 3
NaNO 3
' 552
552527
'552
552
64
2536
64
25th
340
210250
340
210
1203,2
1086,21228.5
1203.2
1086.2
Beim Zerbrechen einer verstärkten Versuchsscheibe der Gruppe II mit einem Metalldorn, wobei die Bruchkraft in der Mitte der Glasscheibe angesetzt wurde, wog das größte Glasteilchen nur 0,094 g. Es stammte von einer Ecke nahe der Kante der Versuchsscheibe. Das größte Glasteilchen aus dem Innern hat eine Teilchengröße (Gewicht) von nur 0,053 g.When breaking a reinforced group II test disc with a metal spike, the When the breaking force was applied in the middle of the glass pane, the largest glass particle weighed only 0.094 g. It came from a corner near the edge of the test disc. The largest piece of glass from inside has a particle size (weight) of only 0.053 g.
Es kann gesagt werden, daß das eine kleine Teilchengröße zeigende Bruchbild der Versuchsscheiben der Gruppe II ausgezeichnet ist.It can be said that the small particle size fracture pattern of the experimental disks of Group II is excellent.
Es wurden oj Lische Oberflächendruckfestigkeiten von etwa 2.100 bis 5.250 kg/cm2 beobachtet mit im Verhältnis zu diesen stehenden Belastungsfestigkeiten von etwa 2.520 bis 5.600 kg/cm2 und selbst mehr.Oj Lische surface compressive strengths of about 2,100 to 5,250 kg / cm 2 were observed with load strengths in relation to these of about 2,520 to 5,600 kg / cm 2 and even more.
Die vorliegende Erfindung ergibt sehr vorteilhafte Bruchbilder, bei denen die Teilchen ein geringes Gewicht aufweisen, zusammen sowohl mit einer sehr hohen Oberflächenfestigkeit (Oberflächendruckspannung) vor dem Zerbrechen und wegen der tiefen, an der Oberfläche gelegenen Verstärkungszonen einer beträchtlichen Haltbarkeit gegen Verschleiß. Zudem kann diese ungewöhnliche und sehr vorteilhafte Eigenschaftenkombination auch Glasgegenständen verliehen werden, die ziemlich dünn sind, so daß der Anwendungsbereich dünner Glasgegenstände auf Grund der Verbesserungen in bezug auf die Festigkeit, Haltbarkeit und Sicherheit durch das Bruchbild, die erfindungsgemäß zu erreichen sind, wesentlich erweitert werden kann.The present invention provides very advantageous fracture patterns in which the particles have a low Have weight, together with a very high surface strength (surface compressive stress) before breaking and because of the deep, surface reinforcement zones considerable durability against wear and tear. Also, this can be unusual and very beneficial Combination of properties can also be imparted to glass objects that are quite thin, so that the Application of thin glass objects due to the improvements in strength, Durability and safety through the fracture pattern, which can be achieved according to the invention, are significantly extended can be.
B e i s ρ i e 1B e i s ρ i e 1
Die behandelten Ausgangsglasmassen »C« und »H« sind Gläser aus Lithiumoxid, Natriumoxid, Zinkoxid, Tonerde und Kieselsäure, die folgende berechnete Glassätze aufweisen, die vor dem Schmelzen, Frischen und Verformen vermischt wurden:The treated starting glass masses "C" and "H" are glasses made of lithium oxide, sodium oxide, Zinc oxide, alumina and silicic acid, which have the following calculated glass sets, which before melting, Freshening and shaping were mixed:
Bestandteilcomponent
Glas »C«Glass "C"
Glas »D« Gewichtsprozentsatz Glas »E« Glas »F«Glass "D" percentage by weight Glass "E" Glass "F"
Glas »G«Glass »G«
Glas »H«Glass "H"
SiO2....
Al2O3 ..
Li2O ...
Na2O ..
ZnO ...
Sb2O5 ..
As2O5 ..
Na2SO4,
NaCl...
K2O...SiO 2 ....
Al 2 O 3 ..
Li 2 O ...
Na 2 O ..
ZnO ...
Sb 2 O 5 ..
As 2 O 5 ..
Na 2 SO 4 ,
NaCl ...
K 2 O ...
59,0 20,83 3,99 7,02 8,36 0,38 0,12 0,07 0,02 0,1559.0 20.83 3.99 7.02 8.36 0.38 0.12 0.07 0.02 0.15
56,6956.69
20,8320.83
3,993.99
5,025.02
12,6812.68
0,380.38
0,120.12
0,070.07
0,020.02
0,15 61,79
15,000.15 61.79
15.00
3,00
10,013.00
10.01
9,169.16
0,71
0,120.71
0.12
58,79 15,00 3,00 10,01 12,1658.79 15.00 3.00 10.01 12.16
0,71 0,120.71 0.12
49,79 25,0049.79 25.00
5,00 10,015.00 10.01
9,169.16
0,71 0,120.71 0.12
50,79 22,00 4,00 10,01 12,1650.79 22.00 4.00 10.01 12.16
0,71 0,120.71 0.12
Die Gläser »C« bis »H« mit den angegebenen teilen angegeben ist und die so vermischt wurden,
berechneten Zusammensetzungen werden von den daß man nach dem Schmelzen und Frischen 100 Geentsprechenden
Ausgangsglassätzen »C« bis »H« 50 wichtsteile Glas erhält,
hergestellt, deren Zusammensetzung in Gewichts-The glasses "C" to "H" are given with the specified parts and the so mixed, calculated compositions are obtained from the corresponding starting glass sets "C" to "H" 50 parts by weight of glass after melting and freshening,
manufactured, the composition of which in weight
BestahdteilExisting part
GewichtsprozentsatzWeight percentage
Glassatz »C«Glass set "C"
Glassatz »D« Glassatz »E«Glass set "D" Glass set "E"
Glassatz »F«Glass set "F"
Glassatz »G«Glass set "G"
Glassatz »H«Glass set "H"
Achatsand (SiO2).
Al(OH)3 · xH2O .Agate sand (SiO 2 ).
Al (OH) 3 • xH 2 O.
Li2CO3 Li 2 CO 3
Na2CO3 Na 2 CO 3
ZnO ZnO
Sb2O3 Sb 2 O 3
As2O3 As 2 O 3
Na2SO4 Na 2 SO 4
NaCl NaCl
K2CO3 K 2 CO 3
59,059.0
31,9 9,931.9 9.9
12,0 8,4 . 0,35 0,1 0,08 0,02 0,2212.0 8.4. 0.35 0.1 0.08 0.02 0.22
56,7 31,956.7 31.9
9,99.9
8,6 12,7 :8.6 12.7:
0,350.35
0,1 :0.1:
0,08 0,02 0,22 61,80.08 0.02 0.22 61.8
22,7
7,422.7
7.4
17,1
9,217.1
9.2
0,71
0,120.71
0.12
58,8 23,0 7,4 17,1 12,258.8 23.0 7.4 17.1 12.2
0,71 0,120.71 0.12
49,8 38,3 12,4 17,1 9,249.8 38.3 12.4 17.1 9.2
0,71 0,120.71 0.12
50,8 33,750.8 33.7
9,9 17,19.9 17.1
9,29.2
0,71 0,120.71 0.12
Die Glassätzc »C« bis »Η« werden, wie im Bei-•spiel 1 angegeben, geschmolzen, zu Versuchsscheiben verformt, geschliffen und poliert, wobei die Scheiben etwa 2,54 cm lang und 0,64 bis 1,8 cm breit sind. Diese polierten Scheiben werden vor dem Eintauchen in die entsprechenden geschmolzenen Alkalimetallsalz-Bchandlungsbäder auf die Behandlungstcmpcratur erhitzt, die Eintauchdauer wird in der nachfolgenden Tabelle 2 angegeben.The glass etchings »C« to »Η« are, as in the example 1 specified, melted, deformed into test disks, ground and polished, with the disks are approximately 2.54 cm long and 0.64 to 1.8 cm wide. These polished discs are pre-immersed in the corresponding molten alkali metal salt treatment baths heated to the treatment temperature, the immersion time is set in the following Table 2 given.
Nach Ablauf der Behandlungsdauer werden die Versuchsscheiben aus dem geschmolzenen Bad entfernt, in Luft auf Raumtemperatur gekühlt, mit Wasser klar gespült und getrocknet. Darauf werden die Druckspannung und die Belastungsfestigkeit der so behandelten Versuchsscheiben wie im Beispiel .1 ermittelt. ·At the end of the treatment period, the test disks are removed from the molten bath, cooled in air to room temperature, rinsed clear with water and dried. Be on it the compressive stress and the load resistance of the test panes treated in this way as in example .1 determined. ·
Die Versuchsscheiben der Gruppen 17 bis 23 und 25 werden durch eine in einer Stufe erfolgende Alkalimetallsalz-Behandlung verstärkt, wobei entweder Natriumnitrat oder Kaliumnitrat verwendet werden, wie Tabelle 2 zeigt.The experimental targets of groups 17 to 23 and 25 are enhanced by a one-step alkali metal salt treatment using either sodium nitrate or potassium nitrate can be used, as shown in Table 2.
Im Durchschnitt weisen die Versuchsscheiben, die nur mit Kalium verstärkt wurden, eine stärkere Oberflächendruckspannung und Belastungsfestigkeit auf als die Scheiben, die nur durch eine Natriumbehandlung verstärkt wurden. Bei den Platten, die nur eine Natriumbehandlung erhalten hatten, geht jedoch die Druckzone im Durchschnitt tiefer als bei den mit Kalium behandelten Platten, was sich wahrscheinlich dadurch erklären läßt, daß die mit Natrium behandelten Scheiben gewöhnlich Bruchbilder mit geringerer maximaler Teilchengröße ergeben als die mit Kalium behandelten Platten, wenn sie durch Stechen mit einem Metalldorn ins Zentrum zerstört werden.On average, the test discs that were only reinforced with potassium show a stronger one Surface compressive stress and load resistance on than the discs, which only by a sodium treatment were reinforced. The plates that had only received sodium treatment went well however, the pressure zone averaged deeper than that of the potassium-treated plates, which is likely to be the case can be explained by the fact that the disks treated with sodium usually show fracture patterns result in smaller maximum particle size than the potassium treated panels when through Pierce with a metal spike in the center.
Die Versuchsscheiben der Gruppen 24 und 26 bis 32 werden durch eine in zwei Stufen (mehrstufige) Alkalimetallsalz-Verstärkungsbehandlung verstärkt, wobei Natriumnitrat für die erste Behandlung und Kaliumnitrat für die spätere Behandlung verwendet werden. Zwischen den einzelnen Eintauchvorgängen werden die Scheiben auf Raumtemperatur abgekühlt, mit Wasser abgespült und vor der Behandlung in der zweiten Stufe auf die Temperatur bei der Kaliumbehandlung erhitzt.The experimental disks of Groups 24 and 26 to 32 are subjected to a two-stage (multi-stage) alkali metal salt reinforcement treatment using sodium nitrate for the first treatment and potassium nitrate for the later treatment. The panes are cooled to room temperature between the individual immersion processes, with Rinsed off with water and adjusted to the temperature for the potassium treatment before the treatment in the second stage heated.
Im Durchschnitt erreichen diese in mehreren Stufen behandelten Platten eine höhere Oberflächendruckspannung und "Belastungsfestigkeit als bei einer einstufigen Behandlung. Die Gesamttiefe der Oberflächenspannungszone verändert sich im wesentliehen gegenüber der nach der einstufigen Natriumbehandlung nicht. Die mit Natrium und Kalium verstärkten Platten weisen jedoch in den äußeren Bereichen der Oberflächendruckspannungszone eine steilere Spannungskurve auf. Das heißt, die Neigung der Spannungskurve (beim Auftragen der Stärke der Spannung gegen die Tiefe der Zone) in dem durch das Kalium verursachten (oberen) Abschnitt der Oberflächendruckspannungszone ist steiler als in dem durch das Natrium verursachten (unteren) Abschnitt. Die Tiefe des Abschnittes in der Oberflächenspannungszone, in der der Kaliumaustausch stattgefunden hat, ist bei einer bestimmten Behandlungstemperatur im wesentlichen proportional der Wurzel der Eintauchdauer, d. h., je langer die Kaliumbehandlung dauert, um so tiefer dringt das Kalium ein und um so tiefer erfolgt der Austausch.On average, these panels, treated in several stages, achieve a higher surface compressive stress and "Load resistance than a one-step treatment. The total depth of the surface tension zone changes essentially compared to that after the single-stage sodium treatment not. However, the plates reinforced with sodium and potassium point in the outer Areas of the surface compressive stress zone have a steeper stress curve. That is, the slope the stress curve (when plotting the strength of the stress against the depth of the zone) in the through the (upper) section of the surface compressive stress zone caused by potassium is steeper than in the (lower) section caused by the sodium. The depth of the section in the surface tension zone, in which the potassium exchange has taken place is essentially proportional to the root at a given treatment temperature the duration of immersion, d. That is, the longer the potassium treatment lasts, the deeper the potassium penetrates and the deeper the exchange takes place.
Die vielstufige Natrium-Kalium-Behandlüng übt keine wahrnehmbaren nachteiligen Einflüsse auf das Gewicht der Teilchen beim Zerbrechen aus. Alle Zeichen sprechen vielmehr dafür, daß das Bruchbild durch die vielstufige Behandlung verbessert wird. Die Zentrumsspannung der durch Natriumaustausch behandelten Platten wird erhöht, wenn sie anschließendThe multi-stage sodium-potassium treatment has no noticeable adverse effects on it Weight of the particles when breaking. Rather, all signs suggest that the fracture pattern is improved by the multi-stage treatment. The center tension of those treated by sodium exchange Plates will increase when they are subsequently
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durch Kaliumaustausch behandelt werden. Anstatt in zwei Stufen kann die Verstärkungsbehandlung auch in drei und vier Stufen erfolgen, wobei bei jeder nachfolgenden Behandlung ein Salz eines Alkalimetalls verwendet wird, das in der Atomreihenfolge über dem. vorher verwendeten Alkalimetall liegt. Gläser aus Lithiumoxid, Natriumoxid, Zinkoxid, Tonerde und Kieselsäure können unter Anwendung mehrstufiger Austauschverstärkungsbehandlungen mit Natrium-Kalium-Rubidium, Natrium-Kalium-Cäsium und Natrium-Kalium-Rubidium-Cäsium verstärkt werden.treated by potassium exchange. Instead of two stages, the reinforcement treatment can be used also take place in three and four stages, a salt of an alkali metal being used in each subsequent treatment, which is in the order of the atoms above that. previously used alkali metal. Glasses made of lithium oxide, sodium oxide, zinc oxide, Alumina and silica can be mixed using multi-stage exchange reinforcement treatments Sodium-Potassium Rubidium, Sodium-Potassium-Cesium, and Sodium-Potassium-Rubidium-Cesium fortified will.
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